2019春高中物理 第3章 磁場(chǎng) 5 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力課件 新人教版選修3-1.ppt

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第三章 磁場(chǎng) 5運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力 課前預(yù)習(xí) 1 洛倫茲力 在磁場(chǎng)中所受的力 2 洛倫茲力和安培力的關(guān)系通電導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中受到的安培力 實(shí)際上是在導(dǎo)線(xiàn)中 所受到的洛倫茲力的宏觀(guān)表現(xiàn) 洛倫茲力的方向和大小 運(yùn)動(dòng)電荷 定向運(yùn)動(dòng)的電荷 3 洛倫茲力的方向 1 左手定則 伸開(kāi)左手 使拇指與其余四個(gè)手指垂直 并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi) 讓 從掌心進(jìn)入 并使四指指向 運(yùn)動(dòng)的方向 這時(shí)拇指所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷在磁場(chǎng)中所受 的方向 負(fù)電荷受力的方向與正電荷受力的方向 2 洛倫茲力方向特點(diǎn) F B F v 即F垂直于 所決定的平面 磁感線(xiàn) 正電荷 洛倫茲力 相反 B和v 4 洛倫茲力的大小當(dāng)速度方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向分別滿(mǎn)足以下幾種情況時(shí) 洛倫茲力的大小分別是 1 當(dāng)v與B成 角時(shí) F 2 當(dāng)v B時(shí) F 3 當(dāng)v B時(shí) F qvBsin qvB 0 1 構(gòu)造如圖所示 由電子槍 和熒光屏組成 2 原理 1 電子槍 2 電子束在磁場(chǎng)中 3 熒光屏被電子束撞擊發(fā)光 電視顯像管的工作原理 偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈 發(fā)射電子 偏轉(zhuǎn) 3 掃描在偏轉(zhuǎn)區(qū)的水平方向和豎直方向都有偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 其方向 強(qiáng)弱都在 使得電子束打在熒光屏上的光點(diǎn)從上向下 從左向右不斷移動(dòng) 4 偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈使電子束偏轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)是由 產(chǎn)生的 不斷變化 兩對(duì)線(xiàn)圈 判一判 1 電荷在磁場(chǎng)中一定會(huì)受到洛倫茲力的作用 2 僅在洛倫茲力作用下 電荷的動(dòng)能一定不會(huì)變化 3 應(yīng)用左手定則判斷洛倫茲力的方向時(shí) 四指一定指向電荷運(yùn)動(dòng)方向 4 電視顯像管是靠磁場(chǎng)使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)的 5 電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí) 所受洛倫茲力與速度大小成正比 選一選 多選 下列說(shuō)法正確的是 解析 所有電荷在電場(chǎng)中都要受到電場(chǎng)力的作用 正電荷受力的方向沿電場(chǎng)強(qiáng)度的方向 故A錯(cuò)B對(duì) 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中沿平行于磁場(chǎng)的方向運(yùn)動(dòng) 不受磁場(chǎng)力的作用 C錯(cuò) 靜止電荷在磁場(chǎng)中不受磁場(chǎng)力的作用 D對(duì) BD 想一想 目前 電視機(jī)已走進(jìn)了家家戶(hù)戶(hù) 給人們的生活帶來(lái)了巨大的變化 足不出戶(hù)便可欣賞到千里之外奧運(yùn)賽事的精彩直播 電視機(jī)正在播放節(jié)目時(shí) 不能將磁鐵靠近熒光屏 你知道這是為什么嗎 解析 由于電視機(jī)的顯像管是利用磁場(chǎng)對(duì)電子束偏轉(zhuǎn)原理工作的 如果將磁鐵靠近熒光屏 會(huì)影響電子束的偏轉(zhuǎn)方向 進(jìn)而使得圖像變形或變色 課內(nèi)探究 太陽(yáng)發(fā)射出的帶電粒子以300 1000km s的速度掃過(guò)太陽(yáng)系 形成 太陽(yáng)風(fēng) 如圖所示 這種巨大的輻射經(jīng)過(guò)地球時(shí) 為什么不能直射地球 提示 因?yàn)榈厍蛑車(chē)嬖谥艌?chǎng) 宇宙空間的帶電粒子在經(jīng)過(guò)地球磁場(chǎng)時(shí) 由于受到洛倫茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn) 故不能直射向地球 探究一洛倫茲力的方向 1 1 決定洛倫茲力方向的三個(gè)因素電荷的電性 正 負(fù) 速度方向 磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向 當(dāng)電性一定時(shí) 其他兩個(gè)因素決定洛倫茲力的方向 如果只讓一個(gè)因素相反 則洛倫茲力方向必定相反 如果同時(shí)讓兩個(gè)因素相反 則洛倫茲力方向?qū)⒉蛔?2 F B v三者方向間的關(guān)系電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向間沒(méi)有因果關(guān)系 兩者關(guān)系是不確定的 電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向確定洛倫茲力方向 F B F v 即F垂直于B和v所決定的平面 洛倫茲力與粒子運(yùn)動(dòng)方向 磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的關(guān)系3 洛倫茲力的特點(diǎn)洛倫茲力的方向隨電荷運(yùn)動(dòng)方向的變化而變化 但無(wú)論怎樣變化 洛倫茲力都與運(yùn)動(dòng)方向垂直 故洛倫茲力永不做功 它只改變電荷運(yùn)動(dòng)方向 不改變電荷速度大小 特別提醒 1 判斷負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受洛倫茲力的方向 四指要指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的相反方向 也就是電流的方向 2 電荷運(yùn)動(dòng)的方向和磁場(chǎng)方向不一定垂直 但洛倫茲力的方向一定垂直于磁場(chǎng)方向和速度方向 B 解析 由安培定則 電流在下方產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向指向紙外 由左手定則 質(zhì)子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受洛倫茲力方向向上 則質(zhì)子的軌跡必定向上彎曲 因此C D必錯(cuò) 由于洛倫茲力方向始終與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直 故其運(yùn)動(dòng)軌跡必定是曲線(xiàn) 則B正確 A錯(cuò)誤 故選B 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1 2017 江西省九江一中高二上學(xué)期期末 下列各圖中 運(yùn)動(dòng)電荷的速度v方向 磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和電荷的受力F方向之間的關(guān)系正確的是 解析 由左手定則可知 粒子所受洛倫茲力豎直向上 故A正確 粒子帶負(fù)電荷 根據(jù)左手定則 洛倫茲力向上 故B錯(cuò)誤 粒子速度方向與磁場(chǎng)方向平行 故不受洛倫茲力 故C錯(cuò)誤 粒子速度方向與磁場(chǎng)方向平行 故不受洛倫茲力 故D錯(cuò)誤 故選A A 如圖所示 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 設(shè)磁場(chǎng)中有一段通電導(dǎo)線(xiàn) 橫截面積為S 單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n 每個(gè)自由電荷的電荷量為q且定向運(yùn)動(dòng)的速率都是v 探究二洛倫茲力的大小 2 1 圖中一段長(zhǎng)度為vt的導(dǎo)線(xiàn)中的粒子數(shù)是多少 導(dǎo)線(xiàn)中的電流為多大 2 圖中一段長(zhǎng)度為vt的導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中所受安培力多大 3 每個(gè)自由電荷所受洛倫茲力多大 1 對(duì)公式F洛 qvB的理解 1 適用條件 運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向與磁場(chǎng)方向垂直 當(dāng)v 0時(shí) F洛 0 即相對(duì)磁場(chǎng)靜止的電荷不受洛倫茲力作用 2 B v夾角對(duì)洛倫茲力的影響 當(dāng) 90 時(shí) v B sin 1 F洛 qvB 即運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)垂直時(shí) 洛倫茲力最大 當(dāng)v B時(shí) 0 sin 0 F洛 0 即運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)平行時(shí) 不受洛倫茲力 若不垂直 F洛 qvBsin 2 洛倫茲力和安培力的區(qū)別與聯(lián)系 3 洛倫茲力與電場(chǎng)力的比較 特別提醒 盡管安培力是自由電荷定向移動(dòng)時(shí)受到的洛倫茲力的宏觀(guān)表現(xiàn) 但也不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為安培力就等于所有定向移動(dòng)電荷所受洛倫茲力的和 一般只有當(dāng)導(dǎo)體靜止時(shí)才能這樣認(rèn)為 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2 2018 江西省九江第一中學(xué)高二上學(xué)期期末 如圖 三個(gè)完全相同的帶正電的小球 從同一高度開(kāi)始自由落下 其中a直接落地 b下落過(guò)程中經(jīng)過(guò)一個(gè)水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū) c下落時(shí)經(jīng)過(guò)一個(gè)水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū) 不計(jì)空氣阻力 設(shè)它們落地的速度大小分別為va vb vc 則 A va vb vcB vb va vcC va vb vcD va vc vb D 解析 根據(jù)題意可知 a球做自由落體運(yùn)動(dòng) 下落過(guò)程中只有重力做功 由于b在下落的過(guò)程中電場(chǎng)力對(duì)小球做正功 故根據(jù)動(dòng)能定理知b球的落地速度大于a球的落地速度 c球在下落過(guò)程中經(jīng)過(guò)磁場(chǎng) c受到洛倫茲力作用 因洛倫茲力始終與速度垂直且對(duì)小球始終不做功 c球下落過(guò)程中只有重力對(duì)小球做功 根據(jù)動(dòng)能定理知c球下落的末動(dòng)能與a球的末動(dòng)能相等 即速度大小相等 由此分析知 ABC錯(cuò)誤 D正確 有一質(zhì)量為m 電荷量為q的帶正電小球停在絕緣平面上 并處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 如圖所示 為了使小球飄離平面 勻強(qiáng)磁場(chǎng)在紙面內(nèi)移動(dòng)的最小速度應(yīng)為多少 方向如何 探究三帶電粒子 物體 在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題 3 1 復(fù)合場(chǎng) 一般是指電場(chǎng) 磁場(chǎng)和重力場(chǎng)并存 或其中兩種場(chǎng)并存 或分區(qū)域存在 2 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的分析方法和思路 1 正確進(jìn)行受力分析 除重力 彈力 摩擦力外要特別注意電場(chǎng)力和洛倫茲力的分析 2 確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 注意運(yùn)動(dòng)情況和受力情況的結(jié)合 3 電荷在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一般有兩種情況 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng) 電荷在電場(chǎng)力 重力和洛倫茲力共同作用下做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí) 一定是做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 電荷在上述復(fù)合場(chǎng)中如果做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 只能是除洛倫茲力以外的所有恒力的合力為零才能實(shí)現(xiàn) 特別提醒 1 電子 質(zhì)子 粒子等一般不計(jì)重力 帶電小球 塵埃 液滴等帶電顆粒一般要考慮重力的作用 2 注意重力 電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān) 洛倫茲力始終和運(yùn)動(dòng)方向垂直 永不做功的特點(diǎn) AC 解題指導(dǎo) 本題是帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的綜合問(wèn)題 應(yīng)在分析物體受力的基礎(chǔ)上 弄清物理過(guò)程 根據(jù)隱含的臨界條件求解 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3 多選 如圖甲所示為一個(gè)質(zhì)量為m 電荷量為 q的圓環(huán) 可在水平放置的足夠長(zhǎng)的粗糙細(xì)桿上滑動(dòng) 細(xì)桿處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 不計(jì)空氣阻力 現(xiàn)給圓環(huán)向右的初速度v0 在以后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 圓環(huán)運(yùn)動(dòng)的速度圖象正確的是 AD 素養(yǎng)提升 洛倫茲力與現(xiàn)代科技 2 磁流體發(fā)電機(jī) 1 磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù) 它可以把內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能 2 根據(jù)左手定則 如圖中的B板是發(fā)電機(jī)正極 3 磁流體發(fā)電機(jī)兩極板間的距離為d 等粒子體速度為v 磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 則兩極板間能達(dá)到的最大電勢(shì)差U Bdv 答案 121kW